基于洪水分析的河網規劃研究

城市河網擔當著蓄積雨洪、分流下滲、調節行洪、增補地下水資源、提高水蒸發量、緩解熱島效應等方面的功能[1]。寧波市杭州灣區庵東鎮水系縱橫交錯,涉河工程布局復雜,確定合理的防洪排澇標準對應的設計除澇水位是保證區域防洪安全的重點。文章系統分析了庵東鎮區域水系特點,計算設計暴雨和設計洪水,擬定河網規劃方案,建立河網水力模型,確定設計防洪排澇標準下的除澇水位,為城市合理規劃治理提供依據。

1 區域概況

庵東鎮位于杭州灣南岸、浙東寧紹平原中部,面積171.26 km2。區域范圍內河道縱橫交錯,因鎮域面積大、東西跨度長又北臨杭州灣出海口,全鎮水系復雜,涉及慈溪市4大水系中的3 個,即西北河區、西河區和中河區水系。由于研究范圍內水系隸屬慈溪市中河區、西河區及西北河區,是整體水系不可分割的一部分,為了論證評價范圍內下墊面、河道布局與規模以及各個河區之間節制閘運行調度原則等對區域防洪排澇影響,分析計算的范圍應擴展到慈溪市的中、西及西北河區,總面積717.5 km2,其中中河區面積389.5 km2,西河區及西北河區面積328.0 km2。庵東鎮所在區域水系分布見圖1。

圖1 庵東鎮所在區域水系分布

2 河網排澇計算模型

2.1 設計暴雨計算

設計暴雨是在收集各區域雨量站降雨信息的基礎上,通過點雨量信息按照泰森多邊形推求整個流域的面雨量,而后進行頻率計算求得設計頻率的雨量,選擇典型暴雨進行時空分配,得到設計暴雨過程。庵東鎮流域雨量站數量較多,分布較均勻,為暴雨洪水分析提供了堅實的數據支撐。本次評估所采用的雨量站與水文站情況見表1。

表1 區域雨量站分布

鑒于流域內測站雨量信息起始年份和年限不一致,按照3 個 時 段,1956年～1971年、1972年～1989年 和1990年～2012年進行雨量計算。對各時段雨量做泰森多邊形,得到山區和平原逐日面雨量,加權后得到整個流域的逐日面雨量。以1 日、3 日、7 日為時段統計每年各次暴雨的1 日、3 日和7 日面雨量,從而計算得到鱸魚逐年最大1 日、3 日和7 日面雨量,最后進行頻率計算,得到設計保證率下的面雨量。計算結果見表2。

表2 暴雨頻率計算成果

2.2 設計洪水

設計洪水包括洪水分區、產匯流計算。先根據流域降雨特性和下墊面特征劃分產流分區,再由設計暴雨過程進行產流計算,城市化程度較高區域采用徑流系數和先損后損法推求設計凈雨,或采用新安江三水源模型。匯流計算采用浙江省瞬時單位線、推理公式法分別推求各子流域（產流分區）的洪水過程線,其中水庫出流按水庫調度方式進行。根據上述計算方法以及現狀水平年下墊面實際條件,對慈溪市中河區、西河區及西北河區各個分區分別進行不同設計頻率下產流計算結果見表3 和表4。

表3 西河區及西北河區各分區產水成果表 單位：萬m3

表4 中河區各分區產水成果表 單位：萬m3

2.3 河網規劃

庵東鎮規劃建塘江、三八江、陸中灣、四灶浦四大縱向主排澇河道以及八塘橫江橫向匯流河道,逐步形成“四縱一橫”的排澇河框架,見表5 和表6。

表5 西北河區骨干河道規劃項目表

表6 中河區骨干河道規劃項目表

2.4 河網水力計算

根據河網非恒定流計算原理,建立適合分析庵東鎮所在各水系的防洪、排澇等要求的河網匯流及水利計算模型。

2.4.1 河網概化

基于工程現狀和各階段河道及水利工程規劃,對河網進行概化,確保其兼容性和可擴展性。概化中著重考慮了水流輸送占比較大的骨干河道,也考慮了個別輸水能力有限但能溝通水系的河道；對于一些輸水能力很小或端頭河道,雖未考慮其輸水效用,亦通過當量河寬反映其調蓄功能。

2.4.2 模型參數

河網匯流模型主要參數包括河道斷面形狀、尺寸、河長、糙率、陸域寬度、水閘特性及出流系數、水庫或部分河道的調蓄庫容。參數的率定原則如下：

識別文言句式應以理解為主，如同是“者”字句，“者”除了表示是定語后置外，還可以表示判斷句，像“陳勝者，陽城人也”；還可以表示音節助詞，像“今者項莊拔劍舞”；還可以作代詞用，不一而足。

（1）河道長度：依據各分區水系圖,通過地理信息軟件直接量測；

（2）斷面尺寸：實測或根據規劃河道斷面圖量測,一般按照梯形斷面概化；

（3）陸域寬度：按照各河流的單位長度匯流面積作為陸域寬度；

（4）河道糙率：根據實測河流水位和流量資料率定取值,一般介于0.02～0.04；

（5）水閘出流系數：根據實測閘前閘后水位、流量資料率定取值；

（6）調蓄庫容：根據調查或規劃的河道特性、水面資料分析；

（7）水閘特性：按照水閘設計資料分析得出。

2.4.3 邊界條件

流量邊界：山區各分區設計流量過程,有水庫調蓄的分區先進行水庫調洪計算,然后通過河道洪水演算至平原,其流量過程作為平原河網計算的邊界條件,計算采用了慈溪市上游山區的14 個流量上邊界。

外邊界：采用海皇山、淡水泓10年一遇潮位過程進行水利計算。

工程規模：通過對慈溪市中河區、西河區及西北河區河道和水利工程資料調查和收集,建立模型計算的工程數據庫,以確定模型內邊界條件。

2.4.4 結果分析

隨著中河區、西河區及西北河區骨干河道的實施,計算得出各區水位特征,見表7。

表7 水位特征值表 單位：m

根據水利計算成果,西河區20年一遇澇水位為3.19 m,西北河區20年一遇澇水位為3.24 m,中河區20年一遇澇水位為3.03 m。隨著慈溪市中河區、西河區及西北河區骨干河道的實施,區域內防洪排澇能力均得到了提高。建議在城區市政設施規劃建設中依據計算成果合理確定對應高程,以避免由于排水不暢而導致地內澇發生。

3 結語

城區防洪排澇規劃應充分考慮現狀水系分布,同時有效銜接城市總體規劃和上位防洪規劃,合理確定防洪排澇標準,對應計算設計洪水位,為城區路網規劃、豎向規劃及基礎設施建設提供依據。